Повышение производительности кабеля без галогенов и огнезащитных

Вследствие обновленных глобальных норм пожарной безопасности и экологичных производственных политик, негалогеновые низкодымные огнестойкие кабели стали стандартным решением для проводки в проектах хранения энергии, железнодорожного транспорта, высотных зданий и муниципальных электросетей по всему миру.

По сравнению с традиционными огнестойкими кабелями, содержащими галогены, такие продукты не выделяют токсичный галогеновый газ, имеют низкую плотность дыма и не образуют коррозионных веществ при горении, обеспечивая превосходную безопасность и экологическую эффективность для строительных и энергетических проектов.

Однако врожденные дефекты производительности все еще ограничивают масштабное применение высокоэффективных негалогеновых огнестойких кабелей. В настоящее время основные производители кабелей используют гидроксид алюминия (ATH) и гидроксид магния (MDH) в качестве неорганических огнестойких наполнителей.

Для соответствия международным и национальным стандартам огнестойкости доля наполнителей должна превышать 60% по весу. Высокое содержание неорганических наполнителей разрушает непрерывную полимерную цепь структуры полиолефина и матрицы EVA, что приводит к ухудшению механических свойств изоляционных и оболочечных материалов кабеля, включая низкую прочность, низкую ударную вязкость, хрупкость при низких температурах и трещины при повторных изгибах.

Добавление профессиональных усилителей механических свойствстало зрелым, экономически эффективным и удобным для производства методом модификации, позволяющим сбалансировать огнестойкость и механические характеристики материалов негалогеновых кабелей.

1. Врожденное противоречие характеристик традиционных негалогеновых огнестойких кабельных компаундов

Основное противоречие характеристик возникает из-за плохой межфазной совместимости между неорганическими огнестойкими наполнителями и полимерными субстратами. Неорганический огнестойкий порошок обладает сильной поверхностной полярностью, тогда как обычные кабельные смолы являются неполярными.

Эти два сырья не могут образовать стабильную межфазную связь, что приводит к агломерации порошка и концентрации внутреннего напряжения внутри кабельных материалов.
Массовое добавление огнестойких наполнителей дополнительно разрывает непрерывные полимерные молекулярные цепи, вызывая три основные проблемы производства и применения:

Несоответствие механических характеристик: Оригинальные негалогеновые кабельные компаунды без модификации усилителями показывают прочность на растяжение всего 8-10 МПа и удлинение при разрыве ниже 120%, что не соответствует требованиям стандартов GB и IEC (прочность на растяжение ≥14 МПа, удлинение при разрыве ≥150%).

Плохая устойчивость к низким и высоким температурам: Кабели склонны к хрупкому разрушению в условиях низких температур на открытом воздухе и деформации оболочки при длительной эксплуатации в условиях высоких температур.
Ухудшение технологических характеристик: Текучесть расплава значительно снижается, что приводит к шероховатости поверхности кабеля и нестабильности внешнего диаметра при производстве методом экструзии, увеличивая процент дефектов производства.

2. Три типа основных усилителей механических характеристик и их функциональные механизмы

Все усилители, используемые в данной схеме, являются негалогеновыми, не содержат тяжелых металлов и соответствуют требованиям RoHS, что не влияет на оригинальные огнестойкие системы. Комплексное использование трех усилителей позволяет совместно улучшить ударную вязкость, структурную стабильность и устойчивость к воздействию, не изменяя эффективность огнестойкости.

2.1 Графтированный полиолефиновый эластомер

Графтированный малеиновым ангидридом POE выступает в качестве межфазного компатибилизатора между полимерной матрицей и неорганическим порошком. Его неполярная молекулярная цепь совместима с кабельной смолой, а полярная группа ангидрида может образовывать химическую связь с гидроксильными группами на поверхности огнестойкого порошка. Этот усилитель в основном улучшает ударную вязкость материала и устойчивость к изгибу при низких температурах, решая проблему хрупкого разрушения кабелей при укладке на открытом воздухе.

2.2 Гиперразветвленный полиэстерамид

Как модификатор межфазного взаимодействия нового поколения, гиперразветвленный полиэстерамид имеет трехмерную сетчатую молекулярную структуру. Он может фиксировать дисперсный огнестойкий порошок в нескольких точках и оптимизировать внутреннюю однородность кабельных компаундов. Он эффективно повышает устойчивость оболочки кабеля к термической деформации при высоких температурах, поддерживая структурную стабильность кабелей во время длительной эксплуатации под напряжением.

2.3 Нанокомпозитные частицы с ядром и оболочкой

Этот наноукрепляющий материал имеет структуру с неорганическим ядром и органической оболочкой. Внутреннее неорганическое ядро улучшает жесткость материала и устойчивость к износу, а внешняя органическая оболочка обеспечивает хорошую совместимость с полимерной матрицей. Он эффективно распределяет внешнее ударное напряжение, не увеличивая общую плотность материала, улучшая устойчивость оболочки кабеля к экструзии и царапинам при укладке.

3. Промышленный производственный процесс, совместимый с существующими производственными линиями кабелей

Этот процесс модификации не требует модернизации оборудования или настройки параметров для существующих двухшнековых экструдеров и линий экструзии кабелей, что делает его подходящим для массового промышленного производства кабельными производителями. Стандартизированные этапы производства следующие:
Предварительная обработка сырья путем сушки: Высушите неорганический огнестойкий порошок при температуре 80℃ в течение 4 часов для удаления поверхностной влаги и предотвращения дефектов пузырей внутри готовых кабелей.

Смешивание на высокой скорости: Смешайте смолу, комплексный огнестойкий материал, механические усилители и антиоксидант равномерно при температуре 110℃ с помощью высокоскоростного смесителя.

Плавление и грануляция: Завершите экструзию расплава и смешивание срезом с помощью двухшнекового экструдера с сегментированным температурным контролем для обеспечения полного межфазного связывания всех сырьевых материалов.

Формование кабеля методом экструзии: Используйте модифицированный мастербатч для экструзии изоляции и оболочки кабеля с использованием обычного производственного процесса.

4. Результаты испытаний характеристик после модификации

Подтверждено испытаниями в соответствии со стандартами GB/T 2951 и GB/T 17651, что модифицированные негалогеновые кабельные компаунды сохраняют первоначальные отличные огнестойкие характеристики, одновременно комплексно улучшая механические свойства:
Огнестойкость: Показатель предельного содержания кислорода остается выше 34%, вертикальное горение достигает уровня V-0, без снижения огнестойкости.

Механические характеристики: Прочность на растяжение увеличивается до 14,5 МПа, удлинение при разрыве достигает 185%, полностью соответствуя международным требованиям к механическим характеристикам кабелей.

Устойчивость к старению: Коэффициент сохранения механических характеристик после термического старения увеличивается на 12%.

Контроль затрат: Общая стоимость производства увеличивается всего на 3%, обеспечивая высокую экономическую эффективность для массового производства.

5. Технические ограничения и перспективы развития

Текущая технология комплексного усиления имеет незначительные ограничения: прочность межфазного связывания слегка снижается (на 5%) при длительной эксплуатации кабелей в условиях высокой влажности, например, в подземных трубопроводах.

Будущие направления исследований сосредоточены на двух аспектах: во-первых, разработка технологии реактивного усиления на месте для повышения долговечности межфазного связывания; во-вторых, разработка недорогих биоосновных механических усилителей для дальнейшего снижения стоимости сырья для высокоэффективных негалогеновых огнестойких кабелей.

Применение комплексных усилителей механических характеристик решает основную отраслевую проблему между огнестойкостью и механическими характеристиками материалов кабелей с высоким содержанием наполнителей. Это решение сохраняет экологические и пожаробезопасные преимущества негалогеновых кабелей, улучшает надежность длительной эксплуатации кабелей и является надежной и экономичной технологией модификации для глобальных производителей кабелей, стремящихся к модернизации низкодымных негалогеновых кабельных продуктов.

Наша платформа соединяет сотни проверенных китайских поставщиков химической продукции с покупателями по всему миру, способствуя прозрачным сделкам, лучшим бизнес-возможностям и высокоценным партнерствам. Независимо от того, ищете ли вы массовые товары, специализированные химикаты или услуги индивидуальной закупки, TDD-Global заслуживает быть вашим первым выбором.